مقدمه ای بر کنترل ترمینال یونیت های VAV

مقدار بارهای گرمایشی و سرمایشی در یک ساختمان متغیر بوده و از عوامل متعددی تاثیر می پذیرد بنابراین به منظور کنترل دمای یک فضا باید، این تغییرات بار گرمایشی و سرمایشی به نوعی جبران شود.  عواملی مانند تغییرات آب و هوایی ، فصلی ، شرایط دمایی در زمانهای مختلف شبانه روز ، داخلی یا خارجی بودن فضا در ساختمان، جهت گیری جغرافیایی فضا وهمچنین عوامل تاثیر گذار دیگری از قبیل حضور افراد ، تجهیزات مکانیکی ، روشنایی ، کامپیوترها و غیره بر شرایط محیطی داخل ساختمان موثر است.

شکل ۱: فرایند کنترل در یک ترمینال VAV مستقل از فشار

به منظور جبران تغییرات بار در یک سیستم تهویه ، هوا،  با دما و مقدار مشخصی وارد فضا می شود. از آنجاییکه بارهای گرمایشی و سرمایشی یک فضا همواره در حال نوسان است بنابراین به منظور جبران این نوسانات و پایدار نگه داشتن شرایط فضا ، سیستم تهویه باید متناسب با این تغییرات از خود واکنش نشان دهد. تغییر دما و مقدار هوای ورودی به فضا و یا ترکیبی از تغییر دما و مقدار هوا بصورت کنترل شده در پاسخ به تغییر بار فضا ، می تواند باعث حفظ شرایط مورد نظر در فضا شود. ترمینال های حجم هوای متغیر یا VAV box به ما امکان می دهد که متناسب با نوع VAV انتخابی ،حجم هوای و یا دمای هوای ورودی به اتاق را بر اساس بازخورد گرفته شده از شرایط اتاق ، تغییر دهیم. ترمینال یونیت های VAVمتناسب با نوع عملکرد کنترلی آنها به دو نوع وابسته به فشار و مستقل از فشار تقسیم بندی می شوند.

از آنجایی که اکثر سیستم های تهویه مرکزی بر مبنای بیشترین بار مورد نیاز کل فضاها یک ساختمان طراحی می شوند، استفاده از ترمینال یونیت های VAV با کنترل حجم و یا دمای ورودی هوا به هر فضا ، کمک بسیار زیادی به کاهش مصرف انرژی در ساختمان می کند.

ترمینال یونیت وابسته به فشار

اگر با تغییر فشار در ورودی یک سیستم ، نرخ هوای عبوری از آن تغییر کند ، آن سیستم وابسته به فشار نامیده می شود.نرخ جریان هم به فشار ورودی و هم به موقعیت دمپر ترمینال یونیت بستگی دارد. یک ترمینال یونیت وابسته به فشار شامل یک دمپر و یک عملگر است که مستقیما از طریق ترموستات موجود در اتاق کنترل می شود. عملگر دمپر تنها با دمای اتاق عمل کرده و موقعیت دمپر را تنظیم می کند. از آنجاییکه در ترمینال یونیت های وابسته به فشار مقدار جریان هوا بر اساس فشار ورودی ترمینال تغییر می کند ،ممکن است تا زمانی که ترموستات به کمک عملگر موقعیت جدید دمپر را تعیین کند دمای اتاق دچار نوسان شود. همچنین جریان هوای اضافی ممکن است منجر به ایجاد صدای بیشتر از حد مجاز در فضا شود .

شکل ۲: مشخصه دمپر ترمینال وابسته به  فشار

نمودار لگاریتمی نشان داده شده در شکل (۲) واکنش یک ترمینال یونیت وابسته به فشار را به تغییرات فشار هوا در کانال به ازای موقعیت های مختلف دمپر نشان می دهد. خط ۱a-1bنشان دهنده یکی از موقعیت های دمپر است. زمانیکه فشار داکت افزایش می یابد ، نرخ جریان عبوری از روی دمپر متناسب با جذر افت فشار در طول ترمینال تغییر می کند. خطوط ۲a-2b و ۳a- 3b موقعیت های دیگر دمپر را تا رسیدن به نقطه ماکزیمم باز بودن دمپر، یعنی خط  ۴a-4bنشان می دهد.بنابراین در ترمینال یونیتهای وابسته به فشار ، با تغییر فشار استاتیک طرفین ترمینال یونیت، جریان هوای ورودی به اتاق و به تبع آن دمای اتاق تغییر کرده و ترموستات به منظور کنترل دمای اتاق ناگزیر به تغییر موقعیت دمپر به وسیله عملگر می باشد. بنابراین ، دقت کنترل در این نوع ترمینال یونیتها در مقایسه با ترمینال یونیت های مستقل از فشار ضعیف تر است.

شکل ۳: کنترل ترمینال وابسته به فشار

ترمینال یونیتهای وابسته به فشار برای فضاهایی که استقلال از فشار و محدودیت های جریان هوا در ترمینال مدنظر نباشد، مناسب هستند. بطور مثال در یک سیستم تغذیه هوای حجم ثابت که فشار استاتیک پایین دست آن توسط یک سیستم دیگر کنترل میشود و یا در یک سیستم  مجهز به  فن مرکزی حجم ثابت و دمپرهای کنارگذر(بایپس) که به تغییرات فشار استاتیک واکنش نشان داده و هوای اضافی بطور مستقیم توسط مدارهای کوتاه به هواساز بر می گردد، می توان از این نوع ترمینال استفاده کرد. 

ترمینال یونیت مستقل از فشار

اگر با تغییر فشار در ورودی یک سیستم ، نرخ هوای عبوری از آن ثابت باشد ، آن سیستم مستقل از فشار نامیده می شود.کنترل مستقل از فشار با بکارگیری یک سنسور جریان و کنترل کننده جریان در ترمینال حاصل می شود. کنترلر ترمینال یونیت با اندازه گیری میزان جریان ورودی به ترمینال یونیت و با تنظیم موقعیت دمپر جریان با استفاده از عملگر دمپر ، میزان هوای عبوری از ترمینال یونیت که به وسیله ترموستات نصب شده در فضا مشخص شده است را ثابت نگه می دارد. مقدار هوای عبوری می تواند بین دو مقدار حداقل و حداکثر تعیین شده در فرایند کالیبراسیون، متغیر باشد.

نمودار لگاریتمی نشان داده شده در شکل (۴) مشخصات و تنظیمات جریان در یک ترمینال یونیت مستقل از فشار را نشان می دهد. خطوط عمودی ۱a-1b و همچنین ۳a-3b به ترتیب نماینده حداقل و حداکثر مقدار جریان کالیبره شده و ثبت شده درکنترل کننده جریان می باشد. خط  ۲a-2b نیز نشان دهنده یک مقدار جریان میانی بر اساس نیاز ترموستات فضا می باشد. 

شکل ۴: مشخصه دمپر ترمینال مستقل از فشار

دمپر، مقدار جریان عبوری را بدون توجه به اختلاف فشار دو طرف ترمینال یونیت در طرفین خطوط عمودی ثابت نگه می دارد. میزان جریان تنها بر اساس نیاز ترموستات تغییر می کند. محل تقاطع خطوط عمودی و خط مورب ۱a-3a حداقل فشار  استاتیک مورد نیاز ترمینال یونیت به ازای مقدار جریان مشخص را نشان می دهد.

عملکرد مستقل از فشار ترمینال یونیت ، توزیع مناسب جریان هوا در داخل فضا را تضمین می کند و به مهندس این اطمینان را می دهد که حداقل های محدودیت های طراحی حفظ شده است. محدودیت های حداقل و حداکثر جریان هوا برای حفظ توزیع مناسب هوا بسیار مهم هستند. محدود کردن حداکثر میزان هوای ورودی به فضا ، از سرمایش بیش از حد و همچنین ایجاد صدای زیاد جلوگیری می کند.حفظ حداقل میزان جریان هوای عبوری از ترمینال یونیت ، تهویه مناسب فضا را تضمین می کند.